黄精提取物对耐力训练大鼠骨骼肌组织NO-NOS体系影响的实验研究

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  摘要:目的: 探讨黄精对不同负荷耐力训练大鼠骨骼肌组织中一氧化氮(NO)及一氧化氮合酶(NOS)体系的影响,为黄精作为运动补剂的开发提供实验依据。方法:选取雄性大鼠24只,随机分为(A组)、运动对照组(B组)、运动+黄精提取物组(C组),B组和C组按照训练模型进行为期6周的不同负荷的跑台训练,并测定大鼠骨骼肌组织中一氧化氮(NO),总一氧化氮(T-NOS),结构性型一氧化氮(cNOS)和诱导型一氧化氮(iNOS)活性以及力竭时间。结果:黄精提取物可以促进骨骼肌组织中产生生理剂量的NO;升高T-NOS、cNOS活性;抑制大强度力竭性运动导致的iNOS过量表达;延长大鼠运动至力竭的时间。结论:黄精提取物可以影响不同运动负荷状态下骨骼肌组织NO-NOS的变化,改善组织代谢状况,提高运动能力。
  关键词:黄精;耐力训练;一氧化氮;一氧化氮合酶
  中图分类号:G804.7文献标识码:A文章编号:1007-3612(2008)09-1225-03
  
  Experimental Research on the Effect of Polygonatum sibiricum Red.to NO-NOS System in
  Skeletal muscles Tissues of Endurance-trained Rats
  MAO Yan1, HAN Xiao-yan1, XIONG Zheng-ying2, LIU Xiao-jun3
  (1.Department of physical education, Xi.an University of Architecture & Technology, Xi.an 710055, Shaanxi;2.Institute of
  Sport Biological Research, Shaanxi Normal University, Xi.an 710061, Shaanxi China;
  3.Department of Physical Education, Weinan Normal College, Weinan 714000, Shaanxi China)
  Abstract:Purpose: This study discussed the mechanism of Polygonatum sibiricum Red impacting to myocardial mitochondrial antioxident ability and system of NO-NOS in trained- indurance Rats, which can provide examination base for using Polygonatum sibiricum Red as sport supplements. Methods: Twenty-four old male SD rat were randomly divided into four groups. Group B and C rats were experimented by building the Endurance-trained exercise model in mice to probe into the activities of the nitrous oxides (NO) and synthase (NOS) of skeleton muscle through 6-week different load running in the platform. Results: It indicate that the Polygonatum sibiricum Red can increase the activities of NO, T-NOS, cNOS activity; Inhibit the over-expression by intensity strength;Lengthen the time that the great mouse's movement exhausts to strength. Conclusion: Polygonatum sibiricum Red could influence the NO-NOS system's change of skeleton muscle under the different load, improve movement ability.
  Key words: Polygonatum sibiricum; Endurance training; Nitrous oxides; Nitrous oxides synthas
  
  现代医学研究证明,黄精作为一种补气益肾的中药,具有较高的药用价值。它含有糖类、蛋白质、氨基酸、蒽醌类、皂苷、生物碱、微量元素、氨基酸等多种成分。具有提高记忆力、增强免疫、抗氧化、保肝护肝、增强毛细血管张力等作用[1]。NO-NOS体系作为近年来生命科学研究领域中的热点之一,在我国运动医学界的研究也逐步开展起来,在运动中,它与骨骼肌运动和代谢的调节、运动训练后血管适应性变化、以及骨骼肌细胞的收缩功能有密切关系[2-6]。为了探讨黄精对大强度运动时机体NO-NOS体系的影响,使运动能力达到最大化,我们通过建立大强度跑台动物运动模型,重点在于验证并探寻黄精提取物对NO-NOS体系影响的可能机制,从而为黄精在运动营养学领域中的应用提供实验依据。
  
  1实验研究
  
  1.1实验材料与实验对象
  1.1.1实验材料黄精(Polygonatum sibiricum Red.)采制秋季采挖根茎,洗净,除去须根,蒸至现油润时,取出干燥。黄精提取物产品规格:10:1的提取物,由陕西昌岳植化技术有限公司提供。
  1.1.2实验对象Sprague-Dawley(SD)雄性健康大鼠24只,体重180~220 g,由西安交通大学医学院实验动物中心提供,同时购入基础饲料。国家标准啮齿类动物干燥饲料喂养,自由饮食,饲养温度(23±5)℃,相对湿度40%~70%,照明随同自然变化,分笼适应性饲养7 d后进行实验。
  1.1.3给药方法将黄精提取物悬浮于生理盐水中,搅匀,用量为4.2 g/kg/d,剂量为2 mL,灌胃给运动加药组,时间为每天上午8点,其它两组灌服给同等量的生理盐水作为对照,实验共6周。
  1.2实验设计与方法将大鼠随机分成安静组(A组)、运动对照组(B组)、运动+黄精提取物组(C组),每组8只。大鼠自由摄食和饮水,照明时间随同时间变化。A组安静笼饲养,B、C组进行6周的跑臺训练,每周训练5 d,每天训练前以15 m/min的速度做适应性运动5 min后正式训练,训练模型基于Bedford[7]模型结合实际略加调整(具体训练方案见表1)。运动组最后一次训练至力竭,力竭判定标准[8]:训练过程中动物跟不上预定速度,大鼠臀部压在笼具后壁,后肢随转动皮带后拖达30秒,毛刷刺激驱赶无效。行为特征为呼吸深急、幅度大,神精疲倦,俯卧位垂头,刺激后无反应。最后一次训练后即刻处死,立即取出股四头肌,用滤纸吸干,称重,然后制备10%的匀浆液,离心(3 500 rpm,15 min,0~4℃),取上清液,在1~4℃的冰箱保存待测。
  


  1.3测试指标与方法
  1.3.1NO测定:硝酸还原酶法测定原理:本法利用硝酸还原酶特异性将NO-3还原为NO-2,通过显色深浅测定其浓度的高低,计算NO含量(单位:μmol/g prot)。
  1.3.2NOS测定:NADPH黄递酶法测定原理:NOS催化L-Arg和分子氧反應生成NO,NO与亲核性物质生成有色化合物,在530 nm波长下测定吸光度,根据吸光度的大小可计算出NOS的活力。单位定义:每毫克组织蛋白每分钟生成1nmolNO为一个酶活力单位(U)。
  测试方法严格按照试剂盒使用说明书进行,计算公式等详见试剂盒使用说明书。
  1.4数据统计学处理所测实验数据采用SPSS 12.0 for Windows软件包处理,实验结果以均数±标准差(X±SD)表示, 进行组间t检验。显著性差异选择P<0.05和P<0.01水平。
  
  2结果
  
  2.1黄精提取物对耐力训练大鼠骨骼肌组织NO-NOS体系的影响(表2)
  


  表2显示,运动对照组骨四头肌中的NO、T-NOS和iNOS都有不同程度的升高,且NO有极显著性差异(P<0.01),iNOS有显著性差异(P<0.05);cNOS 下降且有显著性差异(P<0.05)加入黄精提取物后,除了iNOS下降且有极显著性差异之外(P<0.01),其余指标均显著性上升,并且T-NOS和cNOS有极显著性差异(P<0.01),NO有显著性差异(P<0.05)。
  2.2黄精提取物对大鼠运动至力竭时间的影响(表3)
  


  表3显示,黄精提取物能显著提高大鼠力竭的时间(P<0.05),力竭延缓率高达22.81%,说明黄精提取物有较明显的抗疲劳作用。
  
  3讨论
  
  3.1黄精提取物对耐力训练大鼠骨骼肌组织NO含量的影响NO作为内源性抗通透因子,可以舒张血管,增加组织血供,改善微循环和组织代谢状况[9,10]。同时,运动提高了血流对血管壁产生的剪切应力,增加NO的生成与释放[11],有利于运动过程中营养物质的输送和代谢产物的清除。本实验结果显示,运动后大鼠骨骼肌组织中的NO含量有明显的升高趋势,其机制有3个方面:1) 运动训练中经常伴有大量的各种各样的损伤发生,产生大量致炎细胞因子,诱导iNOS基因表达,使NO大量生成[12,13];2) 随着运动强度的增加,血浆儿茶酚胺的浓度逐渐增加,并与血管内皮细胞上的肾上腺素能受体结合,可以刺激内皮细胞释放NO;3) 随着运动时心输出量的增加和血液重新分配,导致骨骼肌血流量增加,必然增加血流对内皮细胞的切压力,增加NOS活性,从而增加NO的含量。
  加入黄精提取物后,与运动对照组比较,大鼠骨骼肌组织中的NO含量继续升高,分析其机制可能是由于黄精中的黄酮几种甙类成分以及多糖的抗氧化作用,使自由基生成减少,并增加其清除率,同时提高体内抗氧化酶活性,减轻自由基对内皮细胞的损伤。血管内皮功能改善后,细胞浆内Ca2+浓度增加,导致cNOS合成增加,进而导致NO合成增加;另外,由于运动过程中由于能量的消耗增多,ADP浓度增加,也可激活cNOS,使NO合成增加。这就说明在加入黄精提取物后更加有利于运动过程中营养物质的输送和代谢产物的清除。
  3.2黄精提取物对耐力训练大鼠骨骼肌组织T-NOS活性的影响及其机制NOS是催化L-精氨酸和氧反应后生成一氧化氮,同时生成瓜氨酸的反应。运动训练对T-NOS的影响随运动强度和时间的变化而不同。本实验结果表明,运动后即刻大鼠股四头肌组织T-NOS显著升高,其原因可能是长时间大强度的运动训练使NOS的各分型的活性发生改变。股四头肌组织T-NOS的显著升高,有利于运动肌的血液供应,延缓外周疲劳。NOS是NO生成的关键限速酶[14],在一定运动强度训练下,NO主要是由神经细胞持续合成的cNOS催化L-Arg而生成[15]。本实验显示,黄精可使骨四头肌T-NOS的活性有极显著性升高,表明黄精能够有效调节机体的NO-NOS系统。近几年来的研究证明,黄精可通过调整神经递质含量、神经递质受体数量、促性腺及性腺激素含量、MAO、SOD、LPO等含量而产生明显的延缓骨骼肌组织衰老的作用;其机制是由于黄精所含的多糖及黄酮类化合物的抗氧化作用,防护骨骼肌损伤,保护了骨骼肌的NOS活性,维持正常的总NOS活性水平,并从骨骼肌代谢方面证实了黄精提取物对骨骼肌的保护作用。
  3.3黄精提取物对耐力训练大鼠骨骼肌组织iNOS活性的影响及其机制在一定范围内,iNOS基因对细胞因子应答反应的强度与细胞因子的浓度和(或)作用时间呈正比[16]。生理状态下,iNOS在人体内部不大量的表达,但在某些细胞因子如白细胞介素-1、干扰素、脂多糖等的诱导下,可大量的表达。iNOS一经诱导生成,其活性持续的时间较长,催化产生大量的NO,除了引起强烈的血管舒张和血压降低,导致休克发生以外,还因生成过氧化亚硝酸阴离子(OONO-),而对机体组织器官造成损伤。
  本实验结果显示,运动后大鼠骨骼肌组织中的iNOS活性有明显的升高趋势。表明长期的运动训练造成了机体骨骼肌组织出现暂时性供血不足,iNOS在大强度训练中可能被过度激活,另外,由于运动过程中产生大量致炎细胞因子,诱导了iNOS基因表达,产生大量的iNOS[17]。运动加黄精组与运动对照组比较,骨四头肌组织中的iNOS活性有较显著的下降,说明黄精提取物可以抑制大强度力竭性运动导致的iNOS过量表达。其机制是由于黄精提取物富含多种活性成分,可对骨骼肌组织NO及其合成酶系起到调节性作用,减轻NO介导的神经毒性及氧化损伤,并能够通过增强毛细血管张力,改善毛细血管脆性,调节血管活性物质等作用。
  3.4黄精提取物对耐力训练大鼠骨骼肌组织cNOS活性的影响及其机制cNOS是由血管内皮细胞和神经细胞持续合成的NOS,主要分布于血管内皮细胞、平滑肌细胞,其活性依赖于Ca2+和钙调蛋白(calmodulin,CaM),合成的NO通过激活糖皮质激素(glucocorticoid,GC)提高细胞cGMP浓度而参与人体多种生理机能的调节。本实验结果显示,运动后大鼠骨骼肌组织中的cNOS活性有明显的下降趋势,说明长时间的力竭性运动导致了cNOS的失活。其机制可能为:1) 大鼠在大强度训练后,心肌细胞的肌浆网受到损伤破坏,这样就减小了nNOS附着的表面积,因此检测到较低的表达,其具体机制还有待于进一步探讨。2) 长时间耐力运动使脑组织脂质过氧化程度明显提高,超氧阴离子大量产生,与cNOS快速作用,从而减少骨骼肌组织cNOS活性;3) 长时间耐力运动中NO合成的底物L-Arg分解代谢加速,造成体内L-Arg 供给不足,引起cNOS合成的减少。补充黄精提取物后,骨四头肌中的cNOS活性有极显著性的增高,表明黄精提取物可以提高骨骼肌组织的cNOS活性,促进内皮依赖性的血管舒张反应,有利于骨骼肌器官的血供和氧供,促进代谢产物的运输,从而为运动能力的提高提供了有利条件。
  3.5黄精提取物对耐力训练大鼠力竭时间的影响及其机制本实验结果显示,运动加药组大鼠与运动对照组相比较,力竭运动时间延长了22.81%,表明补充黄精提取物可以提高大鼠的运动能力,延缓运动疲劳的发生。主要是因为黄精中含有糖类、蛋白质、氨基酸、蒽醌类、皂苷、生物碱、微量元素等多种成分,具有抗氧化、免疫促进作用。此外,黄精多糖硫酸脂PPS卻具有较强的抗氧化活性,可以通过改善组织功能来达到延缓疲劳的目的,增强大鼠的运动能力,微量元素还有利于维持运动中细胞内外的各离子浓度梯度,保护细胞膜及亚细胞器结构和功能的完整性,进而减轻和修复大强度耐力运动对机体的损伤,延长运动时间。
  
  4结论
  
  长期补充黄精提取物能够有效地促进骨骼肌组织中NO、T-NOS、cNOS的活性;抑制大强度力竭性运动导致的iNOS过表达;延长大鼠运动至力竭的时间。因此补充黄精可以改善力竭训练大鼠力竭运动后NO-NOS系统的状态,舒张血管,增加骨骼肌血流量和携氧量,从而提高运动能力。
  
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